DE566636C

DE566636C - Deflagration internal combustion turbine

Info

Publication number: DE566636C
Application number: DEH127314D
Authority: DE
Original assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Current assignee: E H HANS HOLZWARTH DR ING
Priority date: 1931-06-13
Filing date: 1931-06-13
Publication date: 1932-12-19

Description

Verpuffungsbrennkraftturbine Verpuffungsbrennkraftturbinen mit Unterteilung der je Arbeitsspiel der Verpuffungskammer erzeugten Verbrennungsgase nach Druck, Menge oder Menge und Druck und Verarbeitung derselben in gesonderten Turbinenstufen sind bereits vorgeschlagen worden. Bei derartigen Unterteilungen des Feuergasstrahles ergaben sich folgende Schwierigkeiten. Es ist bekannt, daß bei Verpuffungsbrennkraftturbinen nach erfolgter Verpuffung in der Verpuffungskammer und nach anschließender, möglichst plötzlicher Eröffnung des Ausströmorganes der Verbindungskanal zwischen Ausströmorgan und Düse sowie die Düse selbst mit den hochgespannten Verbrennungsgasen aufgefüllt werden müssen. Hierbei treten erhebliche Verluste auf. Es ist deshalb mit den verschiedensten Mitteln versucht und erreicht worden, den aufzufüllenden Raum vor der Düse, kurz den Düsenraum, sowohl dem Rauminhalt wie der Oberfläche nach möglichst klein zu halten.Deflagration combustion turbine Deflagration combustion turbines with subdivision the combustion gases generated per working cycle of the deflagration chamber according to pressure, Quantity or quantity and pressure and processing of the same in separate turbine stages have already been proposed. With such subdivisions of the fire gas jet The following difficulties arose. It is known that in deflagration internal combustion turbines after deflagration in the deflagration chamber and afterwards, if possible sudden opening of the outflow organ, the connecting channel between the outflow organ and nozzle as well as the nozzle itself are filled with the high-tension combustion gases Need to become. Considerable losses occur here. It is therefore with the most diverse Means tried and reached, the space to be filled in front of the nozzle, shortly the nozzle space, both in terms of volume and surface area, to be as small as possible keep.

Hierzu ist es erforderlich, das Austrittsende der Verpuffungskammer in unmittelbarer Nähe der von ihr beaufschlagten Laufradsysteme anzuordnen. Solange nur ein Laufradsystem beaufschlagt wird, macht eine derartige Anordnung keine Schwierigkeiten. Wird aber eine zweite, zusätzliche Turbinenstufe, oder werden weitere Turbinenstufen von der Verpuffungskammer aus beaufschlagt, so wird der Leitungsweg von der Verpuffungskammer zu den zusätzlichen Turbinenstufen und damit der Düsenvorraum unzulässig groß, wenn die zusätzlichen Turbinenstufen auf der gleichen Seite der Verpuffungskammer wie die stets vorhandene Turbinenstufe angeordnet werden.For this it is necessary to open the outlet end of the deflagration chamber to be arranged in the immediate vicinity of the impeller systems to which it acts. So long only one impeller system is acted upon, such an arrangement does not cause any difficulties. But if there is a second, additional turbine stage, or there will be further turbine stages acted upon from the deflagration chamber, the conduction path is from the deflagration chamber to the additional turbine stages and thus the nozzle vestibule unacceptably large, if the additional turbine stages on the same side of the deflagration chamber as the turbine stage that is always present can be arranged.

Es ist zwar auch vorgeschlagen worden, bei Brennkraftturbinen mit mehreren Turbinenstufen zur Verarbeitung nach Menge unterteilter Verbrennungsgase die Verbrennungskammern völlig zwischen den beiden Turbinenstufen unterzubringen, wodurch die Möglichkeit geschaffen wurde, die Leitungswege kurz zu halten. Infolge der Verwendung hahnartiger Auslaßorgane oder infolge völligen Fehlens derartiger Auslaßorgane konnte aber nicht erkannt werden, daß sich maßgebliche Verkleinerungen des eingangs erwähnten Düsenvorraumes erzielen lassen. Andererseits führt die Unterbringung der erforderlichen Verbrennungsräume bei der bekannten Ausbildung zu axial langgestreckten Kammern, die ohne Störung der Einlaßorgane und der Betriebsvorgänge nicht an beiden Seiten mit Auslaßorganen ausgerüstet werden können.It has also been proposed to use with internal combustion turbines several turbine stages for processing combustion gases divided according to volume to accommodate the combustion chambers completely between the two turbine stages, which made it possible to keep the cable routes short. As a result the use of tap-like outlet organs or as a result of the complete absence of such Outlet organs could not be recognized, however, that there are significant reductions the aforementioned nozzle vestibule can be achieved. On the other hand, the placement leads the required combustion chambers in the known training to be axially elongated Chambers that do not interfere with the inlet organs and the operations of both Sides can be equipped with outlet organs.

Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, daß die Größe des Düsenvorraumes nach Rauminhalt und Oberfläche auf ein Kleinstmaß beschränkt werden kann, wenn bei Verpuffungsbrennkraftturbinen mit mehreren zu beiden Seiten der Verpuffungskammer oder der Verpuffungskammern angeordneten Turbinenstufen zur Verarbeitung nach Druck, Menge oder Druck und Menge unterteilter Verbrennungsgase nur die die Auslaßorgane und Düsenvorräume enthaltenden Kopfstücke der Verpuffungskammern zwischen den Turbinenstufen angeordnet sind, während der Hauptteil der Verpuffungskammern außerhalb der Turbinenstufen liegt.The invention is based on the knowledge that the size of the nozzle vestibule can be reduced to a minimum according to volume and surface if at Deflagration turbines with several on either side of the deflagration chamber or turbine stages arranged in the deflagration chambers for processing according to pressure, Quantity or pressure and quantity of subdivided combustion gases only those of the outlet organs and containing nozzle vestibules Head pieces of the deflagration chambers are arranged between the turbine stages, while the main part of the deflagration chambers lies outside the turbine stages.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn die Turbinenwellen der Turbinenstufen horizontal gelagert sind, während die Verpuffungskammer mit ihrer Längsachse in der Vertikalen liegt; hierbei ergibt sich gleichzeitig die Möglichkeit, die Laufradsysteme der einzelnen Turbinenstufen in einfachster Weise durch eine gemeinsame Turbinenwelle zu kuppeln. Vorteilhaft liegen die Düsenanordnungen der einzelnen Turbinenstufen in derselben Höhe wie die Abschlußorgane der vorgeschalteten Düsenventile, so daß die Verbrennungsgase nach Durchströmung des Auslaßquerschnittes ohne jeden Richtungswechsel dem zugeordneten Laufrad zuströmen. Bei in Druckstufen geschalteten Turbinen werden bekanntlich zwischen den einzelnen Turbinenstufen Druckausgleicher vorgesehen; ordnet man diese parallel zur Verpuffungskammer, mit ihrer Längsachse in der Vertikalen, an, so fügen sich diese Druckausgleicher organisch in die Gesamtordnung ein.A particularly advantageous embodiment of the invention results if the turbine shafts of the turbine stages are supported horizontally, while the Deflagration chamber lies with its longitudinal axis in the vertical; here results at the same time the possibility of the impeller systems of the individual turbine stages in easiest way to couple by a common turbine shaft. Advantageously lie the nozzle arrangements of the individual turbine stages at the same height as the closing organs the upstream nozzle valves, so that the combustion gases flow through of the outlet cross-section flow to the associated impeller without any change of direction. In the case of turbines connected in pressure stages, it is known that between the individual Turbine stage pressure equalizer provided; if you arrange them parallel to the deflagration chamber, with their longitudinal axis in the vertical, these pressure equalizers fit together organically in the overall order.

Die Zeichnung zeigt beispielsweise Ausführungen des Erfindungsgedankens.The drawing shows, for example, embodiments of the inventive concept.

Abb. i zeigt zunächst im senkrechten Längsschnitt eine Turbinenanordnung, die sich ergibt, wenn die bei einem Arbeitsspiel in einer Verpuffungskammer erzeugten Verbrennungsgase der Menge nach unterteilt und die Teilmengen in verschiedenen Turbinenstufen mit den verschiedenen Strahlgeschwindigkeiten der Teilmengen angepaßten Düsenerweiterungsverhältnissen und Umfangsgeschwindigkeiten der Beschaufelung verarbeitet werden. Nach erfolgter Verpuffung öffnet sich zunächst das Auslaßventil i und läßt die hochgespannten Feuergase über Düse 2 der Beschaufelung 3 des zweikränzigen Curtisrades 4 zuströmen. Dieses Curtisrad 4. hat einen großen Durchmesser, also eine hohe Umfangsgeschwindigkeit, welche im richtigen Verhältnis zu der hohen Strahlgeschwindigkeit der hochgespannten Verbrennungsgasteilmenge steht. Fällt im Verlauf der Expansion der Verbrennungsgase aus der Verpuffungskammer 5 heraus die Spannung der Verbrennungsgase in der Verpuffungskammer 5 auf einen Betrag, welcher die Strahlgeschwindigkeit unter einen zur Umfangsgeschwindigkeit des Curtisrades 4 günstig passenden Wert sinken läßt, so schließt sich Auslaßorgan i, und es öffnet sich Auslaßorgan 6. Die Verbrennungsgase beaufschlagen nunmehr über Düse 7 die Beschaufelung 8 des Curtisrades g. Dieses Curtisrad hat einen kleineren Durchmesser und daher eine kleinere Umfangsgeschwindigkeit, welche zu der geringen Strahlgeschwindigkeit der nunmehr niederer gespannten Verbrennungsgasteilmenge im richtigen Verhältnis steht. Die beiden Curtisräder 4 und g sind auf derselben Turbinenwelle io angeordnet.Fig. I initially shows a turbine arrangement in a vertical longitudinal section, which results when the generated during a working cycle in a deflagration chamber Combustion gases divided according to the amount and the partial amounts in different turbine stages nozzle expansion ratios adapted to the different jet speeds of the subsets and peripheral speeds of the blading are processed. After Deflagration first opens the exhaust valve i and lets the high-tension fire gases Flow through nozzle 2 of the blading 3 of the two-ring Curtis wheel 4. This Curtis wheel 4. has a large diameter, i.e. a high peripheral speed, which in the right proportion to the high jet speed of the high voltage Partial amount of combustion gas is available. Declines in the course of the expansion of the combustion gases from the deflagration chamber 5 out the voltage of the combustion gases in the deflagration chamber 5 to an amount which makes the jet speed less than the circumferential speed of the Curtis wheel 4 can decrease favorably suitable value, so the outlet organ closes i, and the outlet element 6 opens. The combustion gases are now applied the blading 8 of the Curtis wheel g via nozzle 7. This Curtis wheel has a smaller one Diameter and therefore a smaller peripheral speed, which leads to the low Jet velocity of the now lower stressed partial amount of combustion gas in right relationship. The two Curtis wheels 4 and g are on the same turbine shaft io arranged.

Durch die erfindungsgemäß getroffene Anordnung der Kopfstücke der Verpuffungskammer 5 zwischen den beiden Turbinenstufen 2. 3, 4 und 7, 8, g ergibt sich das überhaupt erreichbare Kleinstmaß der Düsenvorräume ii und 12 nach Rauminhalt und Oberfläche. Dadurch, daß die Düsen 2 und 7 in derselben Höhe liegen wie die Abschlußorgane der ihnen vorgeschalteten Düsenventile i und 6, fallen sämtliche Richtungsänderungen im Weg der Verbrennungsgase nach Durchströmung der Austrittsquerschnitte fort.Due to the arrangement of the head pieces made according to the invention Deflagration chamber 5 between the two turbine stages 2. 3, 4 and 7, 8, g results the smallest achievable size of the nozzle vestibules ii and 12 depending on the volume and surface. The fact that the nozzles 2 and 7 are at the same height as the Closing organs of the nozzle valves i and 6 upstream of them all fall Changes in direction in the path of the combustion gases after flowing through the outlet cross-sections away.

Die Abb. 2 zeigt mit den Bezeichnungen der Abb. i eine Turbinenbauart, bei der die Feuergasmenge deshalb unterteilt werden muß, weil sich mit Rücksicht auf den großen Rauminhalt der Verpuffungskammer 5 eine Verbrennungsgasmenge in einem Ausmaß ergibt; daß die zu ihrer Verarbeitung dienenden Schaufeln eines Curtisrades in ihrer Länge eine praktische Sicherheitsgrenze überschreiten würden, wenn die Verarbeitung dieser Menge in einem einzigen Curtisrad erfolgen müßte. Die symmetrisch ausgebildeten Auslaßventile i und 6 öffnen sich also gleichzeitig und entlassen die Verbrennungsgase über die symmetrisch ausgebildeten Düsen 2 und 7 zu den symmetrisch ausgebildeten Curtisrädern 4 und g. Die Beschaufelungen 3 und 8 der beiden Curtisräder 4 und g werden also gleichzeitig beaufschlagt und verarbeiten lediglich die halbe Verbrennungsgasmenge.Fig. 2 shows with the designations of Fig. I a type of turbine, in which the amount of fire gas must be subdivided because it is with consideration on the large volume of the deflagration chamber 5, an amount of combustion gas in one Extent results; that the blades of a Curtis wheel used for their processing would exceed a practical safety limit in length if the Processing of this amount would have to be done in a single Curtis wheel. The symmetrical trained exhaust valves i and 6 open and discharge at the same time the combustion gases via the symmetrically designed nozzles 2 and 7 to the symmetrically trained Curtis wheels 4 and g. Blades 3 and 8 of the two Curtis wheels 4 and g are applied simultaneously and only process half of them Amount of combustion gas.

Abb. 3 schließlich zeigt eine Turbinenbauart, bei der der Aufladedruck in der Verbrennungskammer 5 so hoch gewählt ist, daß schon die durch das Auslaßventil 13 zur Beschaufelung 14 des Curtisrades 15 abströmenden, niedrig gespannten Verbrennungsgase einen so hohen Druck und damit so hohe Strahlgeschwindigkeiten besitzen, daß das Curtisrad 15 mit der aus Festigkeitsrücksichten maximal zulässigen Umfangsgeschwindigkeit betrieben werden muß. Um in diesem Fall die' über das Düsenventil 16 und die Düse 1,7 der Beschaufelung 18 des Curtisrades ig zuströmenden, hochgespannten Verbrennungsgase mit gutem Wirkungsgrad Arbeit abgeben zu lassen, wird das Gefälle dieser hochgespannten Verbrennungsgase nur teilweise im Curtisrad ig in mechanische Leistung umgesetzt. Hinter dem Rade 18 wird im Druckausgleichsbehälter 27 ein Zwischendruck eingestellt, unter dem die Verbrennungsgase über Düse 2o der Beschaufelung 21 des zweikränzigen Laufrades 22 zuströmen und den `Rest ihrer Leistung abgeben. Die Turbinenräder 15, ig und 22 sind wieder auf der gemeinsamen Turbinenwelle 23 angeordnet.Finally, Fig. 3 shows a turbine design in which the boost pressure in the combustion chamber 5 is selected so high that the low-tension combustion gases flowing off through the outlet valve 13 to the blading 14 of the Curtis wheel 15 have such a high pressure and thus such high jet velocities, that the Curtis wheel 15 must be operated with the maximum permissible peripheral speed for reasons of strength. In this case, in order to have the high-tension combustion gases flowing through the nozzle valve 16 and the nozzle 1,7 of the blades 18 of the Curtis wheel work with good efficiency, the gradient of these high-tension combustion gases is only partially converted into mechanical power in the Curtis wheel. Behind the wheel 18, an intermediate pressure is set in the pressure equalization tank 27, under which the combustion gases flow through the nozzle 2o of the blades 21 of the two-ring impeller 22 and give off the rest of their power. The turbine wheels 15, ig and 22 are again arranged on the common turbine shaft 23.

Bei der Bauart nach Abb. 3 ergeben sich also durch Anordnung der Verpuffungskammer 5 zwischen den Turbinenstufen 24, 14, 15 und 17, 18, i9 Düsenvorräume 25 und 26, die ein Kleinstmaß an Rauminhalt und Oberfläche beanspruchen. Dadurch, daß die Düsenanordnungen der Turbinenstufen in derselben Höhe angeordnet sind wie die Abschlußorgane der ihnen vorgeschalteten Düsenventile, ergibt sich weiter der Fortfall jeder Richtungsänderung im Wege der Verbrennungsgase nach Durchströmung des Auslaßquerschnittes. Der Druckausgleichsbehälter 27, der zwischen den im Druck hintereinandergeschalteten Turbinenstufen 17, 18, i9 und 20, 21, 22 angeordnet ist, fügt sich durch Anordnung parallel zur Verpuffungskammer 5 und Verlegung seiner Längsachse in die Vertikale organisch in den Gesamtaufbau des Turbinenaggregates ein.In the case of the design according to Fig. 3, this results from the arrangement of the deflagration chamber 5 between the turbine stages 24, 14, 15 and 17, 18, i9 nozzle vestibules 25 and 26, which take up a minimum of space and surface. Through this, that the nozzle arrangements of the turbine stages are arranged at the same height as the closing organs of the nozzle valves upstream of them results in further the Elimination of any change of direction due to the combustion gases flowing through of the outlet cross-section. The pressure equalization tank 27, which is between the in the pressure series-connected turbine stages 17, 18, i9 and 20, 21, 22 are arranged, by arrangement parallel to the deflagration chamber 5 and relocating it Longitudinal axis in the vertical organically in the overall structure of the turbine unit a.

Im Wesen der Erfindung liegt, daß die vorgeschlagenen Anordnungen in mannigfachster Weise abgewandelt werden können. So können beispielsweise statt einer Verpuffungskammer zwei Verpuffungskammern nebeneinander vertikal zwischen zwei Turbinenstufen angeordnet werden. Die Zahl der Verpuffungskammern kann auch vergrößert werden, indem man die vertikale Lage derselben beibehält, das Auslaßende der äußeren Verpuffungskammern jedoch etwas höher anordnet wie das Auslaßende der mittleren Verpuffungskammer. Ebenso können die Verpuffungskammern in ihrer Längsachse in Radien zur Achse der Turbinenwelle angeordnet werden, ohne daß der erstrebte Erfolg, die möglichste Verkleinerung des Düsenvorraumes nach Rauminhalt und Oberfläche und Zuführung der Verbrennungsgase von der Verpuffungskammer zum Turbinenlaufrad hin ohne Richtungsänderung, beseitigt wird. Unter Turbinenstufe im Sinne der Erfindung ist dabei jedes einander zugeordnete Düsen- und Beschaufelungssystem verstanden, gleichgültig, ob es eingehäusig oder mehrgehäusig ausgeführt ist oder ob mehrere derartige Systeme in einem Gehäuse vereinigt sind.The essence of the invention is that the proposed arrangements can be modified in many ways. So, for example, can take place a deflagration chamber two deflagration chambers side by side vertically between two turbine stages are arranged. The number of deflagration chambers can also be enlarged by maintaining the vertical position thereof, the outlet end of the outer deflagration chambers is arranged somewhat higher than the outlet end of the middle deflagration chamber. Likewise, the deflagration chambers can be in their longitudinal axis be arranged in radii to the axis of the turbine shaft without the desired Success, the smallest possible reduction of the nozzle vestibule according to volume and surface and supplying the combustion gases from the deflagration chamber to the turbine runner without changing direction, is eliminated. Under turbine stage within the meaning of the invention each associated nozzle and blading system is understood here, It does not matter whether it is designed as a single housing or multiple housing or whether several such systems are combined in one housing.

Claims

PATCNTANSPIZücHr_: i. Deflagration turbine with several to both sides of the deflagration chamber or the deflagration chambers arranged turbine stages for processing combustion gases subdivided according to pressure, quantity or pressure and quantity, characterized in that only those containing the outlet organs and nozzle vestibules Head pieces of the deflagration chambers are arranged between the turbine stages while the main part of the deflagration chambers is outside the turbine stages.

2. Deflagration turbine according to claim i, characterized in that the turbine shafts of the turbine stages are mounted horizontally, while the deflagration chambers with their longitudinal axis in a plane perpendicular to this.

3. Deflagration internal combustion turbine according to claim i, characterized in that the nozzle arrangements of the turbine stages in the same Height are like the closing organs of the nozzle valves upstream of them.

4. Deflagration turbine according to claim i, characterized in that the pressure equalizers between Turbine stages connected one behind the other in pressure are arranged, parallel to the Deflagration chambers, arranged with their longitudinal axis in a plane perpendicular to the shaft are.